Voortbordurend op het werk van PA0NHC en LZ1AQ een ontwerp voor breedband ‘magnetic loop’ antenne versterker. Het bestaat uit twee printplaatjes. De eerste voor de eigenlijke versterker, en een tweede, als RF/DC-splitter die in de nabijheid van de ontvanger wordt geplaatst. Een jaartje geleden ben ik verhuisd, wat ongeveer samen viel met mijn pensionering. Twee redenen om na jaren mijn oude hobby van het zendamateurisme weer eens opnieuw op te pakken. Het zal bij mijn oude woning waarschijnlijk niet veel beter geweest zijn maar wat me onmiddellijk opviel toen ik eenmaal een dipool antennetje opgehangen had was het enorm hoge storingsniveau. Kennelijk een optelsom van allerlei zonnepanelen, power line adapters en led-verlichting drivers die vandaag de dag gemeengoed zijn. Al dat spul bij elkaar levert wel een heel bijzonder radiospectrum op. Het leek me geen leuke aanleiding om bij al mijn nieuw buren langs te gaan voor een eerste kennismaking. Alvorens een eertijds mooie hobby definitief vaarwel te zeggen is dit project een laatste poging om in deze enorme berg aan QRM / EMC / EMI / RFI nog wat bruikbare radiosignalen terug te vinden.
De meeste storingen vanuit de directe omgeving manifesteren zich in het E-veld (het elektische veld) en veel minder in het H-veld, de magnetische component van het elektromagnetische veld. Signaalsterkte is niet de eerste zorg op de kortegolfbanden; maar wel de signaal/ruisverhouding. Een antenne met forse afmetingen heeft in dat geval niet zoveel zin. Oók voor de 80 meter of 160m band is een lus met een diameter van ca. 1 meter toereikend en een grotere levert nauwelijks nog winst op. De elektrische component van het veld is zoveel mogelijk buiten de deur te houden door de lus af te schermen, bijvoorbeeld door een RG213 coaxkabel te gebruiken waarvan de afscherming in midden onderbroken wordt. De afscherming kan zelfs geheel achterwege blijven door toepassing van een differentiaal versterker die er op gericht is de stoom door de lus over te drager en de spanning op de lus zowel mogelijk te onderdrukken. In dat geval kan een koperen of aluminium buis gebruikt worden. De geinduceerde spanning door het magnetisch veld levert op beide ingangen van de versteker spanningen die ten opzichte van elkaar in tegenfase zijn. Het het elektrisch veld (dat capacitief op de lus als geheel wordt overgebracht) levert daarentegen een spanning op die in-fase met elkaar zijn en dus door de common-mode-rejection van de verschilverterker onderdrukt worden. De magnetish antenne heeft naast zijn compacte afmeting ook nog het voordeel van een sterk richtingseffect waardoor stoorvelden zoveel mogelijk uit-te-nullen zijn.
In een vorig leven heb ik al wel ervaring opgedaan met ‘shielded brass loops’ in professionele (OAR) peilapparatuur en het leek me een aardig idee om die draad weer eens op te pakken en het één-en-ander opnieuw in praktijk te brengen. De intentie is om voor het zenden gewoon de dipool te blijven gebruiken maar voor ontvangst terug te vallen op deze H-veld antenne. Een alternatief, om de loop zowel voor zenden als ontvangen te gebruiken is mogelijk maar heb heb ik vanaf gezien. Dit omdat de lus in dat geval afgestemd dient te zijn. Dat is constructief een stuk lastiger te realiseren vanwege de hoge spanningen die aan de orde zijn en de noodzaak van dure variabele hoogspannings (vacüum-) condensatoren. Bovendien resulteert het in een afschuwelijk kleine bandbreedte. En dat, op z'n beurt, sluit dan ook weer meteen het gebruik van SDR (software defined radio) uit. En, voor het zenden blijft de dipool uitstekend geschikt. Een beetje meer of minder storing in de directe omgeving maakt weinig uit!
Een zoektocht op internet leerde me dat veel bruikbare ontwerpen terug te voeren zijn op ofwel
Een zoektocht op internet leerde me dat veel bruikbare ontwerpen terug te voeren zijn op de Norton Lossless Feedback versterker, de Wellbroke (of Wellgood), ofwel het werk van PA0NHC en LZ1AQ, Mijn belangstelling ging vooral uit dit laatste ontwerp al viel het me wel op dat het succes van het ontwerp tot een behoorlijke vercommercialisering heeft geleid waarbij de transparatie er -tegen de geest van het zendamateurisme in- er bepaald niet op vooruit gegaan is. Ik heb daarom voor gekozen het oorspronkelijk ontwerp als vertrekpunt te gebruiken en in mijn ontwerp getracht een grootste gemene deler te creëren die zo goed mogelijk inspeelt op de ontwikkelingen (en derivaten) die er nadien uit voortgekomen zijn.
- Besloten heb ik dan ook een printontwerp te maken die zoveel mogelijk alle deuren openhoudt, vooral op de kritische onderdelen: de toe te passen transmissielijn, de impedantie transformators cq ferriet keuze, de baluns (common mode chokes) en de transistors.
- Geen onomkeerbare keus voor UTP /STP kabel en dus geen RJ45 jacket (waarvan ik veel klachten ben tegen gekomen door corrosie op langere termijn en slechte krimp van RJ45 connectoren uit het oorspronkelijk ontwerp. Dus in plaats daarvan een "agnostisch" KF141r-terminal block. Redelijk betrouwbaar voor dit doel en uiterst flexibel. Met meteen de mogelijkheid om RG58, RG174 of RG196 toe te passen, al dan niet met gescheiden voedingskabel of over coax gevoed.
- Inspelen op een reeks aan 2n2222A alternatieven door drie (!) verschillende PCB footprints te ondersteunen. Alleen al de 2n2222A is leverbaar als PZT2222A (SOT223), PMBT2222A (SOT23), PN2222A (TO92), 2N2222A (TO18). De SOT23 en SOT223 heb ik samengesmolten in één nieuwe footprint, terwijl TO92 en TO18 (trough hole) transistors zijn te gebruiken in een 4-polige TO72 footprint. Hier zijn ook sockets voor verkrijgbaar.
- Alle transmissielijn transformatoren en (optionele) common mode chokes (CMC's / baluns) in sockets zodat de print er niet onder te lijden heeft wanneer deze onderdelen voor de zoveelste maal uitgewisseld zijn. Uiteindelijk zijn ze dan nog steeds rechtstreeks in de print te plaatsen.
Voor alle achtergronden van de verwijs ik naar originele publicaties. Ik heb me vooral gericht op het vinden van een mooie middenweg tussen de commercieel verkrijgbare producten en de spinsels die ik tegengekomen ben op Veroboard.
De Interface
Er is niet zoveel te vertellen over de bijbehorende interface. Ook deze is uitgerust met een KF141 terminal block om verschillende (Coax, UTP of STP) kabels te kunnen toepassen. Er is een RF DC splitter voor het geval er gekozen wordt de versterker over de coax te voeden. Verder een een breedband transformator om de impedantie aanpassing van de antennekabel naar 50 ohm te realiseren, ook is er aan de kant van de kabel in de mogelijk voorzien optionele common mode chokes, tussen te schakelen, zowel in de signaal- als voedingslijnen. Tenslotte nog een zenerdiode en zekering voor een simpele overspanning en 'reverse voltage' beveiliging. The BNC Connector op de foto ontbreekt nog in afwachting van de zending uit China!
Schema's
Downloads
Diversen
Hieronder zijn beide schema's te vinden, de print layouts, 3d PCB animaties en wat foto's . Daarop zijn ook al wat voorbeelden terug te vinden van transtoren met verschillende footprints, de plaats voor de TO72 transistor sockets, de ringkernen en 'double aperture cores' (varkensneusjes), poederijzer kernen en luchtspoelen aan de ingang.
